数控技术教学大纲
2020-03-02 06:58:50 来源：范文大全收藏下载本文
《机床数控技术》课程教学大纲
课程编号：数控技术 课程类别：专业教学课程
授课对象：机械制造及自动化专业 开课学期：第7学期 学
分：2学分 主讲教师：倪俊芳
指定教材：宋天麟，《数控机床及其使用与维护》，东南大学出版社，2003年
教学目的：
使学生较全面地了解数控技术的基本知识与核心技术，掌握数控加工编程方法、掌握数控机床操作技能、学习数控系统的控制原理及数控设备的维修技能。并具备进一步学习和研究计算机辅助设计和制造、柔性制造系统、计算机集成制造技术与自动化工厂等高新制造技术领域知识的相关能力。
第一章 概述
课时：2周，共4课时
第一节
数控机床及其特点
一、数控机床的概念
数字控制的概念，数控机床与数字控制的关系，数控机床的概念
二、数控机床的特点
通过从加工范围，加工精度，采用夹具，生产率，经济效益，工人操作等角度将数控机床与普通机床相比较，分析数控机床的优越性能
三、数控机床的构成
数控机床的工作原理及构成模块，各构成模块的概念和功能，分析其如何相互协调工作。
第二节
数控机床分类
一、按控制系统分类
点位控制，直线控制和轮廓控制的概念和应用
二、按执行机构伺服系统类型分类
开环，闭环和半闭环的概念，反馈装置和精度
三、按数控装置类型分类
硬件式数控和软件式数控的概念及其优缺点 第三节
数控机床的发展
一、国外数控机床的发展
介绍国外数控机床的主要发展历程
二、国内数控机床的发展
介绍国内数控机床的主要发展历程
三、数控机床的发展趋势
分析未来数控机床的主要发展方向
思考题：
1、数控机床与普通机床的异同？
2、数控机床由哪几部分组成？
3、简述数控机床的分类？
第二章 数控编程
课时：4周，共8课时
第一节
编程的概念
一、编程的目的
数控编程的概念和意义
二、编程的步骤
分析数控编程的主要步骤及其注意点，对刀点、刀位点和对刀的概念和关系
三、编程的方法
手工编程和自动编程的概念
第二节
手工程序编制的标准
一、数控的主要标准
介绍ISO、EIA和ASCII码标准
二、我国数控的标准
介绍机械部标准和穿孔纸带的代码
第三节
数控机床的坐标系
一、数控机床的坐标轴和运动方向
机床坐标和运动方向的命名原则，右手螺旋法则
二、绝对坐标系统与相对坐标系统
绝对坐标和相对坐标的概念
三、机床原点与工件原点
机床原点与工件原点的概念及其关系
第四节
数控指令
一、准备功能指令
准备功能指令的作用、组成和常用G指令的介绍，刀具补偿功能
二、辅助功能指令
辅助功能指令的作用、组成和常用G指令的介绍
三、其他功能指令
指定机床进给速度的F指令，指定主轴转速的S指令，指定刀具的T指令
四、数控程序的结构
一个完整数控程序的组成结构及分析
五、数控程序的程序段格式
介绍字地址程序段格式和分隔符固定顺序格式 第五节
程序编制中的数值计算
基点和节点的概念，非圆曲线节点的计算，等间距直线逼近法，等弦长直线逼近法，等误差直线逼近法和圆弧逼近法 第六节
数控编程实例分析
通过对几个编程实例的分析，进一步巩固掌握数控编程 第七节
自动编程
自动编程的概念和框架
思考题：
1、简述数控编程的步骤？
2、什么是刀具补偿功能？
3、什么是自动编程？与手工编程的不同点？
第三章 插补计算原理
课时：3周，共6课时
第一节
插补计算原理
一、插补的概念
插补的概念和意义
二、插补的方式
按产生数学模型分和按输出数值形式分
第二节
逐点比较法
一、逐点比较法的概念和特点
逐点比较法的工作原理，工作节拍和特点
二、逐点比较法的两种插补
分析逐点比较法的直线插补和圆弧插补，给出其偏差判别公式
三、坐标转换和终点判别
象限和坐标转换的概念，终点判别的实现方法
四、逐点比较法的合成进给速度
脉冲频率和进给速度的关系
思考题：
1、什么是插补？
2、逐点比较法的工作原理和特点？
3、逐点比较法的终点如何判别？
第四章 进给伺服电机
课时：2周，共4课时
第一节
伺服系统概述
一、伺服驱动系统的性能
进给速度的范围，工作的稳定性，跟随误差和位移精度
二、伺服驱动系统的组成
开环伺服系统和闭环伺服系统
第二节
伺服系统装置
步进电机的分类，机构和工作原理
思考题：
1、对数控机床伺服系统的要求？
2、伺服驱动系统有哪几部分组成？
3、步进电机是如何工作的？
第五章 机床结构和机械部件
课时：3周，共6课时
第一节
数控机床的结构设计
一、数控机床的结构设计要求
对加工精度、切削效率和使用效率要求
二、提高机床的结构刚度
构件的合理结构形式，合理的结构布局
三、提高机床的抗震性
机床的强迫震动和自激震动
第二节
数控机床的主运动部件
一、主运动变速系统的参数
动力参数和运动参数
二、主运动有级变速系统的设计
转速数列，变速级数与变速组传动副数的关系，变速组的变速范围和级比，结构网和结构式，设计步骤、方法和原则
三、主运动无级变速系统的设计
主运动宽调速直流电动机，恒功率和恒转矩传动，主轴转速的自动变换，液压变速机构和电磁离合器变速
四、主轴部件
主轴端部的结构形状，主轴部件的支承，主轴的材料和热处理 第三节
自动换刀装置
一、自动换刀装置的形式
回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀和带刀库的自动换刀系统
二、刀库的形式
鼓轮式和链式
三、设计刀库时应考虑的主要问题
确定刀库储存量、缩短选刀时间、运动速度应适宜、运行平稳和刀座在刀库中的排列等
四、刀具的选择方式
顺序选择刀具和任意选择刀具
五、任意选择刀具的编码方式
刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式
六、刀具（刀座）识别装置
接触式刀具识别装置、非接触式刀具识别装置、利用plc实现随机换刀
七、刀具交换装置
交换装置的形式、刀具的夹持
思考题：
1、数控机床的结构设计的要求是什么？
2、简述主运动有级变速系统的设计步骤？
3、简述加工中心是如何自动选刀的？
第六章 数控机床的位置检测装置
课时：2周，共4课时
第一节
位置检测装置的要求
一、基本要求
抗干扰性，精度和速度，使用维护性和成本
二、位置检测装置的分类
数字式测量、模拟式测量、增量式测量、绝对式测量、直接测量和间接测量
第二节
感应同步器位置检测装置
一、感应同步器的工作原理
利用电磁耦合原理将位移或转角转变为电信号
二、感应同步器的分类
直线感应同步器、圆感应同步器
三、鉴相型系统的工作原理
通过检测感应电压的相位来测量位移
四、鉴幅型系统的工作原理
通过检测感应电压的幅值来测量位移
五、感应同步器的特点及使用时应注意的事项
精度高、可拼接、适应性强、寿命长、注意安装间隙 第三节
旋转变压器位置检测装置
一、旋转变压器的工作原理
电磁耦合原理，精度较低，用于精度不高或大型机床粗测或中测系统中。
二、磁阻式多极旋转变压器
无接触式磁阻可变的耦合变压器 第四节
磁尺位置检测装置
一、磁性标尺
平面实体型磁尺、带状磁尺、线状磁尺和圆型磁尺
二、磁头
速度响应型磁头和磁通响应型磁头
三、检测线路
鉴幅型系统工作原理和鉴相型系统工作原理
四、磁尺特点
制造工艺简单、可以制作较长、难以跟上高的移动速度 第五节
光栅位置检测装置
一、光栅检测的工作原理及分类
应用于闭环系统中测量长度、角度、速度、加速度，直线光栅和圆光栅，放大作用、平均效应和莫尔条纹的移动规律
二、直线光栅检测装置的辨向
至少两个光电元件才能进行光栅检测工作
三、提高光栅分辨精度的措施
提高刻线精度和增加线纹密度，采用倍频方法来提高分辨率
四、光栅检测装置的特点
精度高、无磨损、调试困难，对环境要求高 第六节
脉冲编码器
一、原理
光电感应获取脉冲信号，无磨损，可得到较快的响应速度
二、增量式编码器
相对于前一点或转数计数，若因故停机后不能再找到原前执行部件的正确位置
三、绝对值式编码器
通过读取编码器上的图案来表示数值，克服增量式的缺点，但易误读
四、葛莱编码器
每个十进制数字之间只有一位二进制码不同，能把误读控制在一个信号之内，提高了精度
思考题：
1、位置检测装置分为哪几类？
2、简述旋转变压器的工作原理？
3、简述光栅检测的工作原理和特点？
参考书目
1 廖效果，朱启逑．数字控制机床[M]．武汉：华中理工大学出版社，1992．9 2 顾京．数控机床加工程序编制[M]．北京：机械工业出版社，1997．8 3 严爱珍．机床数控原理与系统[M]．北京：机械工业出版社，1999 4 高钟毓．机电一体化设计[M]．北京：机械工业出版社，2000．9 5 叶伯生．计算机数控系统原理、编程与操作[M]．武汉：华中理工大学出版社，1999 6 于华．数控机床的编程及实例[M]．北京：机械工业出版社，1996 7 李善术．数控机床及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1996 8 刘文信，孙学礼．机床数控技术[M]．北京：机械工业出版社，1995 9 王永章．机床的数字控制技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995 10 刘又午，杜君文．数字控制机床[M]．北京：机械工业出版社，1997 11 张俊生．金属切削机床与数控机床[M]．北京：机械工业出版社，1996 12 杨有君．数字控制技术与数控机床[M]．北京：机械工业出版社，1999 13 方沂．数控机床编程与操作[M]．北京：国防工业出版社，1999．9 14 王侃夫．数控机床故障诊断及维护[M]．北京：机械工业出版社，2000 15 刘跃南．机床计算机数控及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1999 16 许祥泰，刘艳芳．数控加工编程实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2000．1 17 李峻勤，费仁元．数控机床及其使用与维修[M]．北京：国防工业出版社，2000．10 18 杨岳．CAM技术与应用[M]．北京：机械工业出版社，2000 19 孙大涌，屈贤明，张松滨．先进制造技术[M]．北京：机械工业出版社，2001 20 王志平．机床数控技术应用[M]．北京：高等教育出版社，1998．7
执笔人：倪俊芳
2006年10月8日
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